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基本信息
- 項目名稱：
- 加載金屬圓片的高增益軸向模螺旋天線
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡介：
- 首次采用了加載金屬圓片的方法提高天線增益，并首次將仿真所獲得的表面電流的幅值和相位與線天線的陣列理論結(jié)合起來，得出了加載螺旋天線的輻射模型和長反射器引向天線的等效振子陣列模型，解釋了這兩種新型天線的輻射機理，還通過表面電流的仿真解釋了天線的寬帶特性和所設(shè)計的寬縫隙天線的圓極化特性。
- 詳細(xì)介紹：
- 提出了一種提高軸向模螺旋天線增益的方法，通過在螺旋天線輻射方向上引入與螺旋線不接觸的寄生金屬圓片，該圓片上會產(chǎn)生一個相位滯后于螺旋線上電流的環(huán)電流，可以使輻射場更加集中，從而提高天線的增益。根據(jù)軟件仿真的結(jié)果，提出了與這種螺旋天線的輻射特性等效的獨立饋電的天線陣列模型，很好地解釋了它的輻射特性。軟件仿真與實驗結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的提高螺旋天線軸向長度以提高天線增益的方法相比，采用該方法可以顯著降低天線的軸向長度，僅為相同增益的螺旋天線長度的74%，對于天線的小型化很有益處。該方法對天線的帶寬影響較小，是一種有效地減小天線尺寸的方法，可以廣泛應(yīng)用于螺旋天線單元及陣列設(shè)計中。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為實現(xiàn)軸向模螺旋天線的高增益特性，提出一種提高增益的方法，并在理論上對這種方法的作用機理進行闡述和說明。根據(jù)陣列天線的基本理論，將螺旋天線等效為環(huán)電流陣進行分析。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 提出了一種提高軸向模螺旋天線增益的方法，并首次建立了該方法的等效環(huán)電流陣模型，根據(jù)該模型使所設(shè)計的高增益軸向模螺旋天線的各個特性的實驗結(jié)果均得到了理論上的定量的解釋。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 對于螺旋天線來說，由于其本身的特點，所以它在通信系統(tǒng)中有很重要的應(yīng)用，它的圓極化特性決定了它可以接受來自各個方向的電磁波，利用螺旋天線的這一特性有重要的意義
學(xué)術(shù)論文摘要
- 提出了一種提高軸向模螺旋天線增益的方法，通過在螺旋天線輻射方向上引入與螺旋線不接觸的寄生金屬圓片，該圓片上會產(chǎn)生一個相位滯后于螺旋線上電流的環(huán)電流，可以使輻射場更加集中，從而提高天線的增益。根據(jù)軟件仿真的結(jié)果，提出了與這種螺旋天線的輻射特性等效的獨立饋電的天線陣列模型，很好地解釋了它的輻射特性。軟件仿真與實驗結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的提高螺旋天線軸向長度以提高天線增益的方法相比，采用該方法可以顯著降低天線的軸向長度，僅為相同增益的螺旋天線長度的74%，對于天線的小型化很有益處。該方法對天線的帶寬影響較小，是一種有效地減小天線尺寸的方法，可以廣泛應(yīng)用于螺旋天線單元及陣列設(shè)計中。
獲獎情況
- 該論文的前期工作已發(fā)表于國際通信技術(shù)會議ICCT2010，并獲得哈工大首屆“祖光杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎 本論文為其后續(xù)更為深入的研究，已投稿國際期刊PIER。
鑒定結(jié)果
- 該論文提出的方法新穎，理論模型與實驗結(jié)果吻合，所設(shè)計的天線指標(biāo)高于國內(nèi)外同類天線水平。
參考文獻
- [1] H. T. Hui, Edward K. N. Yung, C. L. Law, Y. S. Koh, W. L. Koh. Design of a Small and Low-Profile 2×2 Hemispherical Helical Antenna Array for Mobile Satellite Communications. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2004, 52(1): 346-348 [2] Xiang-Qiang Li, Qing-Xiang Liu, Xiao-Jiang Wu, Liu Zhao, Jian-Qiong Zhang, Zheng-Quan Zhang. A GW Level High-Power Radial Line Helical Array Antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2008, 56(9): 2943-2948 [3] S. I. S. Hassan, M. F. Ah, A. R. Arief. Four Beams Helical Antenna Array for Mobile Satellite Application. 2004 RF and Microwave Conference, Subang, Selangor, Malaysia, 2004: 53-55 [4] F. Yang, P. Zhang, C.-J. Guo, J.-D. Xu. Axial-mode elliptical helical antenna with variable pitch angle. Electronics Letters, 2008, 44(19):1103–1104 [5] SunDayuan, Design of Reflector Antenna Fed by Backfire Helix, Spacecraft Engineering, 2008, 17(2): 59-62
同類課題研究水平概述
- 螺旋天線是由螺旋形的金屬線作為輻射體，由于螺旋線纏繞的形狀不同，包括圓柱螺旋、橢圓柱螺旋、圓錐螺旋以及球面螺旋等，其中軸向模是螺旋天線的一種重要的工作模式，該種模式主要產(chǎn)生沿著螺旋軸向的輻射，并且輻射的電磁波是圓極化波，所以廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊中，近來隨著移動通信的發(fā)展，為了獲得大范圍的穩(wěn)定的無線局域網(wǎng)絡(luò)覆蓋，軸向模螺旋天線也被用作基站天線。軸向模式工作的螺旋天線的輸入阻抗在較寬頻帶（理論值接近2:1的頻率范圍）內(nèi)近似是一個常數(shù)，約為140Ω，所以具有寬帶阻抗特性。通常螺旋天線的增益由螺旋圈數(shù)確定，螺在螺距一定的情況下，旋線越長天線增益就越高，但是當(dāng)圈數(shù)過大時，增益提高的效果就不明顯了，并且天線的制作也將變得十分復(fù)雜。所以為了獲得高增益，可以采取組陣的方法【1-2】，但是這樣會引入復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)【3】，所以也就限制了陣列的應(yīng)用；文獻【4】提出了一種變升角的軸向模橢圓柱形螺旋天線，是一種增益較高的天線，圓通過軟件仿真證明了變升角橢螺旋和普通螺旋天線在相同的軸向長度、圈數(shù)條件下相比，增益在一定頻率范圍內(nèi)最大可增加1dB左右。文獻【5】提出了一種具有大反射面的圓極化天線，采用了后向輻射的螺旋天線作為饋源，研究了一個拋物面天線，具有較高的增益和簡單的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成功地應(yīng)用到了中國的嫦娥衛(wèi)星上。
